CN111698051B - 一种低压配电网时间同步方法 - Google Patents

Abstract

一种低压配电网时间同步方法，属于低压配电技术领域。其特征在于：包括如下步骤：步骤1）沿输电方向给低压配电网划分等级；步骤2）在第一级低压配电网的根节点智能终端P处注入对时特征脉冲信号，并在第一级低压配电网的各组P1~Pn处接收对时特征脉冲信号，完成第一级的级内对时；步骤3）在第一级低压配电网的各组P1~Pn处分别注入对时特征脉冲信号，并在第二级低压配电网中与其相连的子节点智能终端Q处接收信号，完成级间对时；步骤4）按照输电方向依次对每一级低压配电网完成级内对时以及相邻两级低压配电网的级间对时。本低压配电网时间同步方法保证了对时准确，方法成本低，可靠性高，简单易行，便于推广使用。

Description

一种低压配电网时间同步方法

技术领域

一种低压配电网时间同步方法，属于低压配电技术领域。

背景技术

低压配电网时间同步是故障检测、瞬时线损等众多应用的支撑技术，长期以来缺少一种简单、可靠的时间同步方法。低压配电物联网通常采用无线通信和HPLC宽带载波通信，这两种通信方式的时间延时难以确定，无法实现准确对时，采用GPS等卫星同步方式可以实现精确对时，但是成本高、且建筑物内信号遮蔽，难以推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种方法成本低，可靠性高且简单易行的低压配电网时间同步方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该低压配电网时间同步方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）沿输电方向给低压配电网划分等级，每个变压器终端或检测终端至其出线处的终端为一级，且每个配电变压器的出线处分为若干组，且低压配电网的级数小于等于10级，每一级的组数小于等于5；

步骤2）在第一级低压配电网的根节点智能终端P处注入对时特征脉冲信号，并在第一级低压配电网的各组P1~Pn处接收对时特征脉冲信号，完成第一级的级内对时；

步骤3）在第一级低压配电网的各组P1~Pn处分别注入对时特征脉冲信号，并在第二级低压配电网中与其相连的子节点智能终端Q处接收信号，完成级间对时；

步骤4）按照输电方向依次对每一级低压配电网完成级内对时以及相邻两级低压配电网的级间对时，完成低压配电网的时间同步。

优选的，步骤1）中每相邻两级低压配电网的时隙为100ms，每级第一配电网中每相邻的两组的时隙为20ms。

优选的，步骤2）或步骤3）中所述的对时特征脉冲信号通过信号发生模块发出。

优选的，所述的信号发生模块包括火线L1、零线N、电阻R、电容C以及信号发生器，火线L1同时连接电容C和电阻R的一端，电容C和电阻R的另一端同时连接信号发生器的一端，信号发生器的另一端连接零线N。

优选的，所述的信号发生模块的信号发送方法包括如下步骤：

步骤1001，开始；

步骤1002，判断是否到任务时间，如是则执行步骤1003，如否则继续等待至到达循环任务时间；

步骤1003，标定启动时刻；

步骤1004，产生对时脉冲编码；

步骤1005，在设备分配时隙内发出扰动信号；

步骤1006，结束。

优选的，所述的对时特征脉冲信号通过信号接收模块接收。

优选的，所述的信号接收模块包括带通滤波模块、电平检测模块、A/D转换模块以及CPU，带通滤波模块的信号输入端接收对时特征脉冲信号，带通滤波模块的信号输出端同时与电平检测模块和A/D转换模块的输入端相连，电平检测模块和A/D转换模块的输出端均与CPU相连。

优选的，所述的信号接收模块的信号接收方法如下：

步骤2001，开始；

步骤2002，带通滤波；

步骤2003，判断电平是否触发，如是则执行步骤2004，如否则执行步骤2002；

步骤2004，记录触发时刻、录波进程；

步骤2005，辨识脉冲，校验编码；

步骤2006，判断校验是否通过，如是则执行步骤2007，如否则执行步骤2002；

步骤2007，启动校时进程；

步骤2008，结束。

优选的，所述的对时特征脉冲信号由前至后依次包括前导码、标志码、数据以及CRC校验码。

优选的，步骤2）或步骤3）中的对时方法包括如下步骤：

鉴码，截取前导码首位1位置的±20us作为基准，以脉冲宽度时间窗为单位滑动，每滑动一个脉冲宽度计算一次相关系数，记做K，以K>0.8为1，K<0.5为0,完成整条数据识别，

其中，相关系数的计算公式如下：

，

其中，Cov（X，Y）为X与Y的协方差，Var[X]为 X的方差，Var[Y]为Y的方差；

检验，CRC校验数据有效性；

对时，完成对时操作。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本低压配电网时间同步方法利用配电物联网终端和HPLC通信网络，保证系统时钟误差在20us以内，保证了对时准确，且信号不会受到建筑物的遮蔽，方法成本低，可靠性高，简单易行，便于推广使用，低压配电网的级数小于等于10级，每一级的组数小于等于5，从而能够保证对时精度，假定一级对时的最大误差为4us，一般的低压配电线路不会超过五级，保证系统时钟误差在20us以内。

2、同一级低压配电网分配100ms的时隙，每个每级低压配电网中相邻两组的时隙为20ms，各终端在所属时隙内，从第一个工频峰谷点开始，发送2次对时脉冲，保证对时准确。

3、信号发生器为方波信号发生器，信号发生器经过耦合后合到线路中的其中一相和地之间，从而实现了信号的传递。

4、对时特征脉冲信号由前至后依次包括前导码、标志码、数据以及CRC校验码，从而方便对信号的识别、处理和校验，保证信号传递稳定，进而保证了对时更加精确。

5、通过鉴码能够得到二进制的数据串，从而方便信号的识别和处理。

附图说明

图1为低压配电网时间同步方法的流程图。

图2为信号发生模块的电路示意图。

图3为信号接收模块的电路方框图。

图4为信号发生模块的发送流程图。

图5为信号接收模块的接收流程图。

具体实施方式

图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。

如图1所示：一种低压配电网时间同步方法，包括如下步骤：

步骤1）沿输电方向给低压配电网划分等级，每个变压器终端或检测终端至其出线处的终端为一级，且每个配电变压器的出线处分为若干组，且低压配电网的级数小于等于10级，每一级的时隙数小于等于5；

时间同步需要已知低压系统的网络拓扑结构，根据拓扑结构划分低压配电网层级，通常配电变压器处的终端（融合终端或智能网关）为第一级，出线处的终端为第二级，依次类推，纵向最多可分为10级，每级时隙的宽度为100ms。

同一级分配100ms时隙，每个时隙20ms，每一级低压配电网划分为若干组，满足实际应用需求。横向时隙为20ms，有2个工频电压峰谷点。各终端在所属时隙内，从第一个工频峰谷点开始，发送2次对时脉冲，接收终端检测到对时脉冲的前导信号后，启动对时进程。

在本实施例中，低压配电网划由上至下依次划分为四级。

步骤2）在第一级低压配电网的根节点智能终端P处注入对时特征脉冲信号，并在第一级低压配电网的各组P1~Pn处接收对时特征脉冲信号，完成第一级的级内对时；

在本实施例中，以第一级低压配电网的根节点智能终端P为基准时钟，以此时钟为基准对整个低压配电网对时。

在第一级低压配电网的根节点智能终端P处注入对时特征脉冲信号，并在第一级低压配电网的各组P1~Pn处利用罗氏线圈接收对时特征脉冲信号，并完成第一级的级内对时。其中n为正整数，且n小于等于5。

步骤3）在第一级低压配电网的各组P1~Pn处分别注入对时特征脉冲信号，并在第二级低压配电网的子节点智能终端Q处接收信号，完成级间对时；

在本实施例中，第二级低压配电网的子节点智能终端Q与第一级低压配电网的组P1相连，即在第一级低压配电网的组P1处注入对时特征脉冲信号，并在第二级低压配电网中与其相连的子节点智能终端Q处接收信号，完成级间对时。

步骤4）按照输电方向依次对每一级低压配电网完成级内对时以及相邻两级低压配电网的级间对时，完成低压配电网的时间同步。

在第二级低压配电网的子节点智能终端Q处注入对时特征脉冲信号，并在第二级低压配电网的各组Q1~Qm处利用罗氏线圈接收对时特征脉冲信号，并完成第二级的级内对时。其中m为正整数，且m小于等于5。

在本实施例中，第三级低压配电网的子节点智能终端S与第二级低压配电网的组Qm相连，即在第二级低压配电网的组Qm处注入对时特征脉冲信号，并在第三级低压配电网的子节点智能终端S处接收信号，完成级间对时。

在第三级低压配电网的子节点智能终端S处注入对时特征脉冲信号，并在第三级低压配电网的各组S1~Sa处利用罗氏线圈接收对时特征脉冲信号，并完成第三级的级内对时。其中a为正整数，且a小于等于5。

在本实施例中，第四级低压配电网的子节点智能终端T1与第二级低压配电网的组Q1相连，第四级低压配电网的子节点智能终端T2与第二级低压配电网的组Q3相连，第四级低压配电网的子节点智能终端T3与第三级低压配电网的组S1相连，第四级低压配电网的子节点智能终端与第三级低压配电网的组Sa相连。其中，b为正整数，b小于等于5。第四级低压配电网的子节点智能终端T1~Tb分别连接用户表箱。

在第二级低压配电网的组Q1处注入对时特征脉冲信号，并在第四级低压配电网的子节点智能终端T1接收；在第二级低压配电网的组Q3处注入对时特征脉冲信号，并在第四级低压配电网的子节点智能终端T2接收；在第三级低压配电网的组S1处注入对时特征脉冲信号，并在第四级低压配电网的子节点智能终端T3接收；在第三级低压配电网的组Sa处注入对时特征脉冲信号，并在第四级低压配电网的子节点智能终端Tb接收，从而完成级间对时。

智能网关与低压终端依照规约规定进行通信对时，对时误差因信道不同差异较大，在低压系统中一般采用HPLC通信，根据《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》（Q/GDW 11612.1-2016）要求，平均网络延时小于30ms，考虑到极端情况，校时误差一般可控制在1s以内，本方案最大可允许误差1s。为了尽可能压缩数据量，推荐采用2级对时方案，即：毫秒级对时（以下称为粗对时）和微秒级对时（以下称为精对时）两种方式。

对时特征脉冲信号由前至后依次包括前导码、标志码、数据以及CRC校验码。

前导码的数据长度为2位，包括11和10，其中11为粗对时，10为精对时，且以前导码的第一位“1”作为对时基准时刻。标志码的数据长度为4位，用于标识对时脉冲源层级，即级数。数据的长度为10位，其中粗对时时数据含义为整秒的偏差值，每位1ms，最大999ms；精对时时，数据含义为整毫秒的偏差值，每位1us，最大为999us。CRC校验码的数据长度为8位。

对时特征脉冲信号由信号发生模块发出，并由信号接收模块接收。根节点智能终端指的是变压器终端或低压出线总开关的检测终端，子节点智能终端指的是线路上各节点低压检测终端。

如图2所示：信号发生模块包括火线L1、零线N、电阻R、电容C以及信号发生器，火线L1同时连接电容C和电阻R的一端，电容C和电阻R的另一端同时连接信号发生器的一端，信号发生器的另一端连接零线N。

如图3所示：信号接收模块包括带通滤波模块、电平检测模块、A/D转换模块以及CPU，带通滤波模块的信号输入端接收对时特征脉冲信号，带通滤波模块的信号输出端同时与电平检测模块和A/D转换模块的输入端相连，电平检测模块和A/D转换模块的输出端均与CPU相连。其中，带通滤波模块为带通滤波器，电平检测模块为电平检测器，A/D转换模块为A/D转换器，CPU为处理器。

对时特征脉冲信号触发接收电路后，启动脉冲录波进程，将整个对时脉冲进行高速采样（采样频率暂定1MHz）录波，录波完成后需要对数据进行识别，方法如下：

鉴码，截取前导码首位1位置的±20us作为基准，以脉冲宽度时间窗为单位滑动，每滑动一个脉冲宽度计算一次相关系数，记做K，以K>0.8为1，K<0.5为0,完成整条数据识别，

其中，相关系数的计算公式如下：

，

其中，Cov（X，Y）为X与Y的协方差，Var[X]为 X的方差，Var[Y]为Y的方差；

检验，CRC校验数据有效性；

对时，完成对时操作。

如图4所示：智能网关为辖区内所有终端配置对时标志位列表，超时后自动置为无效，终端对时为循环任务，对时成功后，给智能网关发送对时成功信息，刷新对时标志位。

信号发生模块的信号发送方法包括如下步骤：

步骤1001，开始；

步骤1002，判断是否到任务时间，如是则执行步骤1003，如否则继续等待至到达循环任务时间；

步骤1003，标定启动时刻；

步骤1004，产生对时脉冲编码；

步骤1005，在设备分配时隙内发出扰动信号；

步骤1006，结束。

如图5所示：信号接收模块的信号接收方法如下：

步骤2001，开始；

步骤2002，带通滤波；

步骤2003，判断电平是否触发，如是则执行步骤2004，如否则执行步骤2002；

步骤2004，记录触发时刻、录波进程；

步骤2005，辨识脉冲，校验编码；

步骤2006，判断校验是否通过，如是则执行步骤2007，如否则执行步骤2002；

步骤2007，启动校时进程；

步骤2008，结束。

本低压配电网时间同步方法同步精度可以达到4us，利用配电物联网终端和HPLC通信网络，本方法成本低、可靠性高，简单易行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种低压配电网时间同步方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）沿输电方向给低压配电网划分等级，每个变压器终端或检测终端至其出线处的终端为一级，且每个配电变压器的出线处分为若干组，且低压配电网的级数小于等于10级，每一级的组数小于等于5；

步骤2）在第一级低压配电网的根节点智能终端P处注入对时特征脉冲信号，并在第一级低压配电网的各组P1~Pn处接收对时特征脉冲信号，完成第一级的级内对时；

步骤3）在第一级低压配电网的各组P1~Pn处分别注入对时特征脉冲信号，并在第二级低压配电网中与其相连的子节点智能终端Q处接收信号，完成级间对时；

步骤4）按照输电方向依次对每一级低压配电网完成级内对时以及相邻两级低压配电网的级间对时，完成低压配电网的时间同步。

2.根据权利要求1所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：步骤2）或步骤3）中所述的对时特征脉冲信号通过信号发生模块发出。

3.根据权利要求2所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：所述的信号发生模块包括火线L1、零线N、电阻R、电容C以及信号发生器，火线L1同时连接电容C和电阻R的一端，电容C和电阻R的另一端同时连接信号发生器的一端，信号发生器的另一端连接零线N。

4.根据权利要求2或3所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：所述的信号发生模块的信号发送方法包括如下步骤：

步骤1001，开始；

步骤1002，判断是否到任务时间，如是则执行步骤1003，如否则继续等待至到达循环任务时间；

步骤1003，标定启动时刻；

步骤1004，产生对时脉冲编码；

步骤1005，在设备分配时隙内发出扰动信号；

步骤1006，结束。

5.根据权利要求1或2所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：所述的对时特征脉冲信号通过信号接收模块接收。

6.根据权利要求5所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：所述的信号接收模块包括带通滤波模块、电平检测模块、A/D转换模块以及CPU，带通滤波模块的信号输入端接收对时特征脉冲信号，带通滤波模块的信号输出端同时与电平检测模块和A/D转换模块的输入端相连，电平检测模块和A/D转换模块的输出端均与CPU相连。

7.根据权利要求5所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：所述的信号接收模块的信号接收方法如下：

步骤2001，开始；

步骤2002，带通滤波；

步骤2003，判断电平是否触发，如是则执行步骤2004，如否则执行步骤2002；

步骤2004，记录触发时刻、录波进程；

步骤2005，辨识脉冲，校验编码；

步骤2006，判断校验是否通过，如是则执行步骤2007，如否则执行步骤2002；

步骤2007，启动校时进程；

步骤2008，结束。

8.根据权利要求1或2所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：所述的对时特征脉冲信号由前至后依次包括前导码、标志码、数据以及CRC校验码。

9.根据权利要求8所述的低压配电网时间同步方法，其特征在于：步骤2）或步骤3）中的对时方法包括如下步骤：

鉴码，截取前导码首位1位置的±20us作为基准，以脉冲宽度时间窗为单位滑动，每滑动一个脉冲宽度计算一次相关系数，记做K，以K>0.8为1，K<0.5为0,完成整条数据识别，

其中，相关系数的计算公式如下：

，

其中，Cov（X，Y）为X与Y的协方差，Var[X]为 X的方差，Var[Y]为Y的方差；

检验，CRC校验数据有效性；

对时，完成对时操作。

Images